Nghiên cứu tổng hợp phối tử bazơ schiff tetradentat onno dẫn xuất từ axetylaxeton với etylendiamin và khả năng tạo phức của nó với một số kim loại chuyển tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN THỊ HƯƠNG LĨNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PHỐI TỬ BAZƠ SCHIFF TETRADENTAT ONNO DẪN XUẤT TỪ AXETYLAXETON VỚI ETYLENDIAMIN VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

TRẦN THỊ HƯƠNG LĨNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PHỐI TỬ BAZƠ SCHIFF TETRADENTAT ONNO DẪN XUẤT TỪ AXETYLAXETON VỚI ETYLENDIAMIN

VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC CỦA NÓ VỚI MỘT SỐ

KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGHỆ AN - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

TRẦN THỊ HƯƠNG LĨNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PHỐI TỬ BAZƠ SCHIFF TETRADENTAT ONNO DẪN XUẤT TỪ AXETYLAXETON VỚI ETYLENDIAMIN

VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC CỦA NÓ VỚI MỘT SỐ

KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ

MÃ SỐ: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Nguyễn Hoa Du

NGHỆ AN - 2014

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới PGS.TS NGUYỄN HOA DU - Người đã trực tiếp giao đề tài, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hóa học đã tận tình chỉ dạy, đóng góp ý kiến và các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Qua đây tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Hóa, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Vinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn những người thân yêu trong gia đình, bạn bè cùng với các đồng nghiệp,các anh chị nghiên cứu sinh đã nhiệt tình giúp đỡ, cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành tốt luận văn

Tuy nhiên trong luận văn sẽ không tránh được những khuyết điểm và thiếu sót nên tôi rất mong được quý thầy cô và các bạn góp ý để hoàn thiện luận văn và tích lũy kinh nghiệm cho công tác nghiên cứu sau này

Xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, tháng 10 năm 2014

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1.1 PHỐI TỬ BAZƠ SCHIFF TETRADENTAT 2

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo 2

1.1.2 Tính chất 3

1.1.3 Một số ví dụ về phối tử bazơ Schiff 5

1.1.4 Ứng dụng của một số phối tử bazơ Schiff 9

1.2 PHỨC CHẤT CỦA PHỐI TỬ BAZƠ SCHIFF VỚI KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP 12

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU 18

1.3.1 Phương pháp tổng hợp phối tử bazo Schiff tetradentat 18

1.3.2 Phương pháp tổng hợp phức chất với bazơ Schiff 20

1.3.3 Đặc trưng phổ của phối tử và phức chất bazơ Schiff tetradentat 22

Chương 2 THỰC NGHIỆM 26

2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 26

2.1.1 Hóa chất 26

2.1.2 Dụng cụ 26

2.1.3 Thiết bị 26

2.1.4 Các phép đo 26

2.2 PHA CHẾ DUNG DỊCH 27

2.2.1 Pha dung dịch etilendiamin trong etanol (dung dịch A) 27

2.2.2 Pha dung dịch axetylaxeton trong dung môi etanol (dung dịch B) 27

2.2.3 Pha dung dịch muối kim loại MCl2 (M=Ni, Cu) 27

2.3 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT 27

2.3.1 Phương pháp tổng hợp phối tử 27

2.3.2 Phương pháp tổng hợp phức chất của kim loại 29

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 KẾT QUẢ TRỰC QUAN 30

3.2 PHỔ 1H- NMR 31

3.2.1 Phổ 1H-NMR của phối tử 31

3.2.2 Phổ 1H-NMR của phức chất Ni(II) 33

3.3 PHỔ HR-ESI- MS 34

3.4 PHỔ UV-Vis 36

3.4.1 Phổ UV-Vis của phức chất CuL 36

3.4.2 Phổ UV-Vis của phức chất NiL 37

3.5 PHỔ IR 37

3.5.1 Phổ IR của phức chất NiL 37

3.5.2 Phổ IR của phức chất CuL 39

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

ML : Phứcchất của phối tử tổng hợp với kim loại chuyển tiếp

HR-ESI-MS : Phổ khối lượng phun mù electron phân giải cao

UV-Vis : Phương pháp phổ hấp thụ electron

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1: Cấu hình bazơ Schiff 2

Hình 1.2: Phản ứng tổng hợp bazơ Schiff tetradentat 3

Hình 1.3: Các bazơ Schiff mono-, bi-, tri-, tetradentat 4

Hình 1.4: Đồng phân tautome trong dẫn xuất của salicylandehit 5

Hình 1.5: Tổng hợp phối tử bazơ Schiff 1- metylisatin-3 – thiosemicacbazon 6

Hình 1.6: Tổng hợp phối tử tritetradentat isatin- β- thiosemicacbazon 6

Hình 1.7: Tổng hợp phối tử thiosemicacbazon 6

Hình 1.8: Tổng hợp phối tử Salen 7

Hình 1.9: Tổng hợp phối tử Salph 7

Hình 1.10: Tổng hợp phối tử 6,15-dimethyl-8,17–diphenyl-7,16dihydrodibenzo-1.4.8.11tetraazacyclotetradecine 8

Hình 1.11: Các phối tử bazơ Schiff tetradentat bất đối xứng 9

Hình 1.12: Cấu trúc của một số phối tử didentat có khả năng kháng virut 11

Hình 1.13: Phức chất của kim loại chuyển tiếp và phối tử isatin- β- thiosemicacbazon 13

Hình 1.14: Sự sắp xếp của bazơ Schiff tetradentat khi tạo phức với ion kim loại 14

Hình 1.15: Phức của kim loại M với H2Salen (a) và H2Salophen (b) 15

Hình 1.16: Phức chất của phối tử H3thsasal với kim loại chuyển tiếp 16

Hình 1.17: N,N’- bis(3,5- di- tert- butylsalicylidene)- 1,2- cyclohexanediaminomanganese(III) chloride (Chất xúc tác của Jacoben) 16

Hình 1.18: Phức của kim loại vanadi (IV) với H2Salen 17

Hình 1.19: Sơ đồ cơ chế phản ứng tổng hợp bazơ Schiff 19

Hình 2.1: Phản ứng tổng hợp bazơ Schiff tetradentat từ etylendiamin và axetylaxeton 27

Hình 2.2: Cơ chế phản ứng tổng hợp bazơ Schiff tetradentat từ etylendiamin

và axetylaxeton 28

Hình 3.1: Phản ứng tạo phức chất CuL 30

Hình 3.2: Kết quả phản ứng tạo phức chất NiL 30

Hình 3.3: Phổ 1H-NMR của phối tử H2L 31

Hình 3.4: Công thức phối tử H2L 32

Hình 3.5: Đồng phân tautome hóa dạng amit của phối tử 33

Hình 3.6: Phổ 1H-NMR của phức chất NiL 33

Hình 3.7: Phổ HR-ESI-MS của phối tử H2L 34

Hình 3.8: Phổ HR-ESI- MS của phức chất Cu(II) 35

Hình 3.9: Phổ HR-ESI- MS của phức chất Ni(II) 35

Hình 3.10: Phổ UV-Vis của phức chất CuL 36

Hình 3.11: Phổ UV-Vis của phức chất NiL 37

Hình 3.12: Phổ IR của phức chất NiL 38

Hình 3.13 Phổ IR của phức chất CuL 39

Hình 3.14: Cấu trúc của phức chất CuL (a) và phức chất NiL (b) 40

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Một số bazơ Schiff (azometin) dùng làm thuốc 11

Bảng 1.2: Số liệu khối lượng chính xác của các đồng vị để tính phổ HR-ESI-MS của phối tử và phức chất 23

Bảng 3.1: Số liệu phổ 1H-NMR của phối tử H2L 32

Bảng 3.2: Số liệu phổ 1H-NMR của phối tử và phức chất 34

Bảng 3.3: Số liệu phổ HR-ESI-MS của phối tử và các phức chất 35

Bảng 3.4 Tần số dao động IR của phức chất NiL 38

Bảng 3.5 Tần số dao động IR của phức chất CuL 40

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Hóa học các hợp chất bazo Schiff và phức chất của nó với các kim loại chuyển tiếp đang là một lĩnh vực phát triển một cách mạnh mẽ do tính đa dạng về thành phần, cấu trúc lập thể và đặc biệt là có tính chọn lọc cao có hoạt tính sinh học như khả năng kháng khuẩn, chống ung thư… của chúng mang lại [2,8,9]

Các bazơ Schiff hay hợp chất azometin có chứa mối liên kết C=N được tổng hợp từ những hợp chất cacbonyl (C=O) và các hợp chất có nhóm amin (NH2) đang được chú ý đáng kể trong hóa học vô cơ hiện nay do có nhiều ứng dụng như chất xúc tác, kháng khuẩn, kháng nấm [19]…

Trong các loại phức chất của phối tử bazơ Schiff thì phối tử bazơ Schiff tetradentat với 4 nguyên tử cho và phức chất được tạo ra từ phối tử này với các kim loại chuyển tiếp đặc biệt là kim loại sinh học có trong thành phần sống như Cu(II), Ni(II), V(II)… đang rất được quan tâm do ứng dụng sinh học, dược lý của chúng [16]

Để phát triển theo hướng đi đó tôi đã lựa chọn đề tài là “Nghiên cứu

tổng hợp phối tử bazơ Schiff tetradentat ONNO dẫn suất từ axetylaxeton với etylendiamin và khả năng tạo phức của nó với một số kim loại chuyển tiếp”

Mục tiêu chính của đề tài này là tiến hành tổng hợp bazơ Schiff tetradentat với bộ 4 nguyên tử cho ONNO từ etylenđiamin với axetylaxeton và khả năng tạo phức của nó với một số kim loại như Cu(II), Ni(II) Nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp tổng hợp phối tử bazơ Schiff tetradentat nêu trên và phản ứng tạo phức của nó với một số kim loại sinh học

Đề tài này hi vọng cung cấp thêm một số thông tin về sự tổng hợp và nghiên cứu khả năng tạp phức với một số kim loại sinh học của phối tử bazơ Schiff tetradentat

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 PHỐI TỬ BAZƠ SCHIFF TETRADENTAT

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo

Phối tử bazơ Schiff là các phối tử có nhóm chức chứa liên kết nitơ trong đó nguyên tử Nitơ liên kết với aryl hoặc alkyl nhóm không chứa hidro Công thức chung của nó là:

cacbon-Hình 1.1: Cấu hình bazơ Schiff

Tuy nhiên Schiff hay hợp chất azomethine cũng được định nghĩa hẹp là các hợp chất mà trong phân tử có chứa liên kết azomethine –C=N- kiểu R-CH=N-R’ trong đó R, R’ là các gốc ankyl, aryl…[ 22]

Các phối tử bazơ Schiff và phức chất kim loại của chúng đóng vai trò quan trọng như chất xúc tác trong nhiều hệ thống sinh học, polyme, thuốc nhuộm và trong lĩnh vực y dược [12,29] bởi trong các phản ứng hữu cơ được

sử dụng thực tế thì các bazơ Schiff mang một đặc tính tuyệt vời, có cấu trúc tương đương với các chất sinh học tự nhiên, các bước điều chế không quá phức tạp và có tính linh hoạt trong tổng hợp tạo điều kiện cho phép thiết lập các cấu trúc có tính chất phù hợp với mong muốn

Quá trình tổng hợp phối tử bazơ Schiff phần lớn đều dựa vào phản ứng ngưng tụ giữa tiểu phân amin và các hợp chất cacbonyl theo cơ chế ái nhân

tạo thành hemiaminal, hemiminal bị mất nước trở thành imin

R-CHO + H2N-R’ → R-CH=N-R’ + H2O

Nếu R’,R là nhóm phenyl hoặc alkyl bền sẽ làm các bazơ Schiff ổn định nhóm imin

Ví dụ phản ứng tổng hợp một bazơ Schiff như sau: người ta lấy 1g 4,4- diamindiphenylete(1) cho tác dụng với 1,52g o-vanilin(2) thu được tetradentat Schiff bazơ có độ tinh khiết cao (3), theo sơ đồ phản ứng sau:

H2N

O

NH2

OCH3OH CHO

2

- 2H2O

O

N N

OCH3

OCH3

Hình 1.2: Phản ứng tổng hợp bazơ Schiff tetradentat

Vì các tính chất đặc biệt của nhóm C=N, bazơ Schiff thường là các tác nhân chelat rất tốt, đặc biệt là khi phối tử có chứa một hay nhiều nhóm chức

có khả năng cho electron tốt như -OH hoặc -SH ở gần nhóm azometin hoặc imin để tạo thành một vòng năm hoặc sáu cạnh tạo các liên kết phối trí với các ion kim loại Tính linh hoạt của phối tử bazơ Schiff và hợp chất phức của chúng với các kim loại sinh học làm cho chúng có rất nhiều ứng dụng trong sinh học, phân tích và công nghiệp

1.1.2 Tính chất

Phối tử bazơ Schiff được phân loại theo số lượng nguyên tử chứa các nguyên tử cho điện tử và được gọi là bi-, tri-, tetra- hoặc multi-dentat [8] Khi các vị trí cho của phối tử chiếm hai hoặc nhiều vị trí phối hợp trong cùng một ion kim loại trung tâm, phức chất của chúng sẽ là một vòng khép kín được hình thành, được gọi là phức chelat Thuật ngữ "chelat' lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1920 bởi Morgan và Drew Tính chất của các phối tử phụ thuộc vào các nhóm cho trên phối tử, mà các nhóm cho lại phụ thuộc vào loại andehit hoặc xeton sử dụng và của amin bậc 1 hoặc diamin sử dụng [11]

Hình 1.3: Các bazơ Schiff mono-, bi-, tri-, tetradentat

(nhóm R có thể giống hoặc khác nhau)

Một số lượng lớn các phối tử bazơ Schiff tetradentat được biết từ lâu

Vì nhiều lý do, các bazơ Schiff này là các phối tử thuận tiện và hấp dẫn đối với các nghiên cứu phức chất

Thứ nhất, các hiệu ứng về không gian và electron xung quanh ion kim loại có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn thích hợp các electron và nhóm thế hoặc nhóm cho cồng kềnh đưa vào bazơ Schiff

Thứ hai, hai nguyên tử cho N và O của các bazơ Schiff chelat gây ra hai hiệu ứng electron trái dấu: oxy là một nguyên tử cho khó và ổn định cho trạng thái ôxi hóa cao ở các nguyên tử kim loại, trong khi đó nitơ imin là một nhóm cho định xứ và ổn định cho trạng thái ôxi hóa thấp của các ion kim loại

Thứ ba, bazơ Schiff được tổng hợp với hiệu suất cao khi ngưng tụ andehit với amin Trong khi các phối tử cho lưu huỳnh là các bazơ mềm, thích kết hợp với các ion kim loại chuyển tiếp ở trạng thái ôxi hóa thấp, nhóm cho ONS của bazơ Schiff có thể có hiện tượng cộng sinh Sự có mặt của nguyên tử lưu huỳnh mềm làm mềm độ cứng của các nguyên tử oxy, và điều này cho phép phối tử như vậy tạo thành số lượng lớn các phức chất đa dạng về cấu trúc [10]

Các nhóm có nitơ được cho là có tính cho tốt hơn do trên nguyên tử N còn một cặp electron chưa tham gia liên kết nên N là một trung tâm bazơ Lewis Liên hợp n-π có ảnh hưởng nhất định đến tính chất bazơ của các hợp chất bazơ Schiff Ngoài ra, các nhóm thế xung quanh liên kết đôi CH=N cũng

ảnh hưởng rõ rệt đến tính bazơ này vì nối đôi truyền ảnh hưởng electron đến

N mạnh hơn [13,17]

Tính bazơ trong những bazơ Schiff cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành và độ bền của phức chất Những nhóm -OH hoặc-SH hiện diện trong các bazơ Schiff có thể gây ra hiện tượng hỗ biến (tautome) trong các hợp chất, dẫn đến phức chất với các cấu trúc khác nhau Một số lượng lớn các hợp chất phức của salen có hiện tượng đồng phân tautome xeto-enol

Hình 1.4: Đồng phân tautome trong dẫn xuất của salicylandehit

Tóm lại hóa học các bazơ Schiff được coi là một phần quan trọng trong

sự phát triển của hóa học phối trí Phức chất của bazơ Schiff với các kim loại

đã được nghiên cứu rộng rãi bởi vì tính chất hóa – lý hấp dẫn của chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học Chúng đóng một vai trò quan trọng trong cả lĩnh vực nghiên cứu và tổng hợp, bởi vì các bazơ Schiff khá dễ tổng hợp và sản phẩm đa dạng về cấu trúc và linh hoạt với nhiều ứng dụng

1.1.3 Một số ví dụ về phối tử bazơ Schiff

Phối tử bazơ Schiff bao gồm cả phối tử vòng lớn và cả phối tử càng lớn

* Phối tử càng

a Các thiosemicacbazon

Hợp chất thiosemicacbazon là một loại hợp chất quan trọng có tính năng sinh học đa dạng như khả năng kháng khuẩn, kháng virut, ức chế ăn mòn, chống sốt rét, … bên cạnh đó còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học khác như tinh thể học, hóa học đại phân tử,quang điện tử…do

đó ngay từ đầu các phối tử thiosemicacbazon và dẫn xuất của nó đã được quan tâm rất sớm

Ví dụ: 1- metylisatin-3 – thiosemicacbazon có hoạt tính trong điều trị bệnh đậu mùa được tổng hợp theo phản ứng trình bày hình 1.5

N

O

O +

H N

NH2

Hình 1.5: Tổng hợp phối tử bazơ Schiff 1- metylisatin-3 – thiosemicacbazon

Ngoài ra do các hợp chất thiosemicacbazon có khả năng tạo phức với nhiều kim loại, các phức chất này và phối tử đều có hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, kháng virut, chống ung thư…[25]

Ví dụ: Phối tử tridentat isatin- β- thiosemicacbazon có khả năng ức chế việc tăng số lượng bạch cầu trong máu

N H

N

O

H N C S

NH2

Hình 1.6: Tổng hợp phối tử tritetradentat isatin- β- thiosemicacbazon

Do vậy càng ngày càng có nhiều hợp chất thiosemicacbazon được nghiên cứu tính chất và tổng hợp trong đó phổ biến là phối tử thiosemicacbazon tetradentate được tiến hành điều chế bằng cách ngưng tụ từ hai phân tử thiosemicacbazit và một phân tử hợp chất dicacbonyl

Hình 1.7: Tổng hợp phối tử thiosemicacbazon

Phối tử chứa bộ nguyên tử cho gồm N,N,S,S có cấu trúc phẳng do đó

có khả năng chiếm 4 vị trí trên mặt phẳng xích đạo trong phức chất tạo thành

* Phối tử vòng lớn

Phối tử vòng lớn của tetraaza luôn được quan tâm và chú trọng do khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, kháng u…và cấu trúc sinh học của chúng

tương đồng với một số protein tự nhiên.[24]

Một số phối tử tetradentat bazo Schiff được quan tâm như:

1,3,9,11- tetraaza-4,8,12,16- tetraoxo-2,6,10,14-tetrathiacyclohexandecane 1,5,8,12-tetraaza-2,4,9,11-tetrametylcyclotetraaza-1,4,8,11-tetraene

6,15-dimethyl-8,17–diphenyl-7,16dihydrodibenzo-1.4.8.11tetraazacyclotetradecine

Hình 1.10: Tổng hợp phối tử

6,15-dimethyl-8,17–diphenyl-7,16dihydrodibenzo-1.4.8.11tetraazacyclotetradecine

Đối với các hợp chất này thì các nguyên tử thường đóng vai trò nguyên

tử cho thường là cả bốn nguyên tử N còn cặp e chưa chia trên vòng do đó thường được gọi tắt là các hợp chất tetraaza

Không chỉ có các phối tử đối xứng mà các phối tử bazơ Schiff tetradentat bất đối xứng cũng đang được quan tâm bởi ứng dụng từ phức chất được tạo nên từ nó với các ion kim loại chuyển tiếp tới sự hình thành liên kết trong peptit

Hình 1.11: Các phối tử bazơ Schiff tetradentat bất đối xứng

1.1.4 Ứng dụng của một số phối tử bazơ Schiff

Bazơ Schiff được đặc trưng bởi các nhóm -N = CH- (imin) trong việc làm sáng tỏ cơ chế chuyển hóa amin trong hệ sinh học Bazơ Schiff có hoạt tính kháng một loạt các vi sinh vật ví dụ như Candida albicans, Escherichia coli Staphylococcus aureus, Bacillus polymxa, Trychophyton gypseum, Mycobacteria, Erysiphe graminis, Plasmopora viticola

Một số lượng lớn các phối tử bazơ Schiff khác nhau được sử dụng để vận chuyển các cation trong cảm ứng điện thế, chúng thể hiện tính chọn lọc cao, nhạy cảm, và bền hóa cho các ion kim loại như Ag (II), Al (III), Co (II), Cu (II),

Gd (III), Hg (II), Ni (II), Pb (II), Y (III) và Zn (II) Bazơ Schiff còn được nghiên cứu về tính chất xúc tác Chúng thể hiện hoạt tính xúc tác trong hydro hóa olefin

andehit hoặc amin, nhưng có lẽ do liên kết C=N làm các bazơ Schiff hoạt động hiệu quả hơn trong nhiều trường hợp Sự tương tác giữa các chất ức chế

và bề mặt kim loại là sự hấp thụ hóa học Các phân tử ức chế nên có các trung tâm có khả năng hình thành liên kết với bề mặt kim loại bằng cách chuyển điện tử Trong trường hợp này, kim loại hoạt động như một electrophin và các chất ức chế hoạt động như bazơ Lewis Trung tâm ái nhân, như oxy và các nguyên tử nitơ có cặp electron tự do chưa tham gia liên kết và có thể dễ dàng cho Cùng với các nguyên tử của vòng benzen chúng tạo ra nhiều điểm hấp thụ chất ức chế do đó cho phép hình thành lớp tế bào ổn định

Bazơ Schiff cũng có tầm quan trọng trong sinh học Một liên kết imin giữa andehit có nguồn gốc từ vitamin A và các opsin protein trong võng mạc của mắt đóng vai trò quan trọng trong thành phần hóa học của tầm nhìn Vitamin còn được gọi là coenzym, có nghĩa là chúng muốn các chức năng của nhiều enzym, là những protein xúc tác lớn làm thay đổi hóa học trong tế bào

Ví dụ về một andehit quan trọng về mặt sinh học là pyridoxal photphat (một dẫn xuất của vitamin B6), nó là thành phần của vitamin B6 Vitamin B6 được xem như một coenzym hình thành từ một imin với một nhóm axit amin enzym Coenzym liên kết với các enzym, tham gia vào phản ứng vận chuyển amin từ amino axit này đến một amino axit khác, là quá trình quan trọng trong sự trao đổi chất và sinh tổng hợp các axit amin Trong bước cuối cùng, quá trình thủy phân xúc tác bằng enzym phân cắt imin đến pyridoxal và biến đổi amino axit

Ngoài ra, bazơ Schiff có những hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm Phức kim loại của bazơ Schiff đã được nghiên cứu rộng rãi bởi vì chúng có tác dụng kháng và diệt tế bào ung thư, đặc biệt là hợp chất phức với các kim loại sinh học

Hóa học các bazơ Schiff được coi là một phần quan trọng trong sự phát triển của hóa học phối trí Phức chất của bazơ Schiff với các kim loại đã được

nghiên cứu rộng rãi bởi vì tính chất hóa – lý hấp dẫn của chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học Chúng đóng một vai trò quan trọng trong

cả lĩnh vực nghiên cứu và tổng hợp, bởi vì các bazơ Schiff khá dễ tổng hợp và sản phẩm đa dạng về cấu trúc và linh hoạt với nhiều ứng dụng

Hình 1.12: Cấu trúc của một số phối tử didentat có khả năng kháng virut

Bảng 1.1 Một số bazơ Schiff (azometin) dùng làm thuốc

1

Phtivazit (3-methoxy-4-hydroxy benzaldehyd

Isonicotinolyl hydrazon

Chống lao

2

Tibion acetamidobenzaldehy

(p-d thiosemicarbazon

Chống lao

3

Nitrofurab, furacin

furfuraldehyd Semicarbazon

(5-nitro-2-Kháng khuẩn

4

Nifuroxim (Anti-5-nitro furaldoxim

Kháng nấm

khuẩn

Điều trị chứng biến ăn

Trong đó hầu hết các ion kim loại được nghiên cứu đều được lựa chọn

là kim loại chuyển tiếp do nó có đặc tính nổi trội là có ứng suất căng, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy,nhiệt độ sôi cao do đó nó thuận lợi trong việc tạo hợp chất màu, tạo hợp chất ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau, tạo chất xúc tác tốt và thuận lợi cho việc tạo phức Tất cả các tính chất này kim loại chuyển tiếp có được là do cấu hình của chúng chứa các electron trên phân lớp

d không có vị trí xác định trong mạng kim loại [6]

Phức chất của các kim loại chuyển tiếp chứa các nguyên tử cho nitơ đã nhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học có lẽ là vì tính bền của chúng và khi kết hợp với chúng, phức chất có các hoạt tính sinh học, xúc tác,

và điện hóa Các phức kim loại chuyển tiếp của các phối tử chứa N, nhóm cho

N có nhiều ứng dụng trong y học, dược lý và công nghiệp Điều này là do các

vị trí phối trí chưa được dùng trên các kim loại và hệ phối tử, hoặc do trạng thái oxy hóa chọn lọc của các ion kim loại khi tạo phức

Chúng ta biết rằng N, S và O là các nguyên tử đóng một vai trò quan trọng trong việc phối trí với các kim loại sinh học [28] Phức kim loại với phối tử bazơ Schiff đã được biết đến từ giữa thế kỷ XIX, ngay từ khi tổng hợp các phối tử bazơ Schiff đầu tiên [27] Từ đó, phức chất bazơ Schiff với kim loại đã được nghiên cứu rộng rãi bởi vì chúng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, kháng nấm, kháng khuẩn, chống ung thư và diệt tế bào ung thư,chúng được ứng dụng trong các phản ứng xúc tác phỏng sinh học

Ví dụ: Phức chất của isatin- β- thiosemicacbazon với Cu(II), Ni(II)

có khả năng ức chế sự phát triển số lượng của các tế bào bạch cầu trong cơ thể người

HN

O

N N

M

C SH

NH2

Cl

M = Co(II), Ni(II), Cu(II)

Hình 1.13: Phức chất của kim loại chuyển tiếp và phối tử isatin- β-

thiosemicacbazon

Phối tử chelat có chứa các nguyên tử cho điện tử như N, S và O có hoạt tính sinh học rộng và được quan tâm đặc biệt ở nhiều khía cạnh khác nhau khi

chúng được liên kết với các ion kim loại Đặc biệt khi các ion kim loại liên kết với các hợp chất hoạt tính sinh học có thể làm tăng hoạt tính của chúng

Trong các phức của kim loại chuyển tiếp với phối tử bazơ Schiff thì phức chất với phối tử bazơ Schiff tetradentat được biết đến như những phối tử chelat do sự hình thành phức chất bền vững bởi 4 vị trí cho ONNO Phối tử bazơ Schiff tetradentat đã được nghiên cứu rộng rãi do khả năng tạo các liên kết phối trí dễ dàng với các ion kim loại Các tính chất của các phức kim loại được xác định bởi tính chất electron của các phối tử và yếu tố lập thể của nó

Cấu trúc và cơ chế của sự hình thành các phức chất bazơ Schiff và hóa học lập thể của các phối tử bazơ Schiff tetradentat và những chất tương tự được nghiên cứu rất nhiều Cấu trúc đó có thể là vuông phẳng, tứ diện, tứ diện lệch hoặc chóp tam giác với các nguyên tử kim loại ở đỉnh Cấu trúc của phức chất phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các nguyên tử kim loại (kích thước,

số phối trí, khả năng nhận electron) và cũng phụ thuộc vào tính chất (hiệu ứng không gian, khả năng cho electron) và tính đối xứng của các phối tử [5]

Các tính chất của phối tử bazơ Schiff có thể có ba sự sắp xếp với ion kim loại như sau:

Hình 1.14: Sự sắp xếp của bazơ Schiff tetradentat

khi tạo phức với ion kim loại

Sự sắp xếp phổ biến nhất được thể hiện trong hình 1.10 (a) khi bốn

nguyên tử cho gần như phẳng để tạo ra một cấu trúc bát diện trans, hoặc một

hình chóp vuông với trung tâm là kim loại

Cấu trúc (b) là cấu trúc bát diện cis, sẽ là cấu trúc mong muốn có thể

xảy ra với ion kim loại trung tâm Đây là cấu trúc tối ưu cho một chất xúc tác đồng thể Ziegler-Natta Vì vậy, nó cũng rất được quan tâm nghiên cứu

Nhiều phức kim loại chuyển tiếp với phối tử bazơ Schiff tetradentat đã được tổng hợp, chủ yếu là sử dụng phối tử đối xứng đơn giản như H2Salen và

H2Salophen

(a)

(b)

Hình 1.15: Phức của kim loại M với H 2 Salen (a) và H 2 Salophen (b)

Những phức bất đối xứng của phối tử bazơ Schiff tetradentat cũng đã được tổng hợp và phản ứng của chúng với các kim loại chuyển tiếp cũng được nghiên cứu Phản ứng của các phối tử bất đối xứng với Cu(II) và Ni(II) tạo ra các phức chất bất đối xứng được sử dụng như mô hình cho sự liên kết bất thường của các peptit [25]

Trong môi trường kiềm có mặt Ni2+, Cu2+,thiosemicacbazon salixilandehit có khả năng ngưng tụ với salixiandehit theo nitơ của nhóm amin

để tạo được phức chất chứa phối tử bazơ Schiff tetradentat bất đối xứng

H3thsasal mà ở điều kiện thường phản ứng ngưng tụ này không thể xảy ra [30]

Công thức chung của phức chất từ phối tử này được mô tả như sau:

Hình 1.16: Phức chất của phối tử H 3 thsasal với kim loại chuyển tiếp

Hình 1.17: N,N’- bis(3,5- di- tert- butylsalicylidene)- 1,2-

cyclohexanediaminomanganese(III) chloride (Chất xúc tác của Jacoben)

Phức chất vanadi (IV) với các phối tử bazơ Schiff có tầm quan trọng trong sinh học vì sự tham gia của chúng trong vận chuyển và xúc tác sinh học, mô phỏng insulin Các phối tử có dạng như vậy được quan tâm đặc biệt bởi vì chúng

có khả năng phối trí ổn định ở các trạng thái ôxi hóa khác nhau của vanadi, trong khi chúng vẫn thể hiện khả năng liên kết với phân tử khác Thêm vào đó phức chất của vanadi còn thể hiện tính chất xúc tác đối với chất nền hữu cơ

Ví dụ: Cũng như các kim loại chuyển tiếp khác, nhiều phức của vanadi với phối tử bazơ Schiff tetradentat N,N-bis(salicylidene) etylendamin (salen)

đã được tổng hợp để sử dụng như các tác nhân mô phỏng insulin

Hầu hết phức oxovanadi (IV) với một phối tử bazơ Schiff tetradentat như salen có cấu trúc monome màu xanh da trời với dạng hình học là chóp vuông hoặc chuỗi thẳng (···V=O···V=O···) với cấu trúc bát diện lệch ở trạng thái rắn [18]

Hình 1.18: Phức của kim loại vanadi (IV) với H 2 Salen

Trong khi cấu trúc của phức chất Cu(II), Ni(II) thường thấy ở dạng vuông phẳng, các ion của kim loại Cu hay Ni đều là các ion dễ tham gia vào phản ứng tạo phức để thu được các phức chất thể hiện được các tính chất như kháng thể, kháng nấm, xúc tác… vượt trội hơn so với phối tử đơn thuần của

nó Sự có mặt của các nguyên tử cho N, O trong phối tử khi kết hợp với ion kim loại Cu(II), Ni(II) dẫn đến ức chế enzym vì các nhóm hydroxyl trong tâm hoạt động của enzym bị vô hiệu hóa bởi các ion trong phức chất

Ví dụ: Phức chất của Cu(II), Ni(II) với bazơ Schiff được tổng hợp nên từ 3-notrobenzyline-4-aminoanttipyrine và anilin có khả năng kháng nấm, phức của Cu(II) có khả năng làm ức chế hoạt động của Candida albican… Hợp chất semicarbazone và thiosemicacbazone của Ni(II) kháng chống được 11 loại nấm

Phức của Cu(II) và Ni(II) với bazơ Schiff 3,3’-thiodipropionic-bis amino-5-ethylimino-2,3-dimetyl-1-phenyl-3-pyrazoline chống nấm Fusarium oxysprum

(4-Phức của kim loại chuyển tiếp còn có khả năng chống ung thư như phức của Cu(II) với phối tử được tổng hợp nên từ S-benzylthiosemicacbazat

và saccharinte có đặc tính chống ung thư